人工髓核的研究进展

人工髓核的研究进展

张强。邹德威

（解放军３０６医院全军脊柱外科中心，北京１００１０１）

关键词：椎问盘切除术，经皮；腰痛；脊柱融合术；髓核

中图分类号：Ｒ６８１．５文献标志码：Ａ文章编号：１００２－２６６Ｘ（２００９）４８－０００１－０３

椎间盘源性腰痛是慢性腰痛主要原因，手术摘除突出的

髓核或采用椎间融合是标准的手术方式，已经积累了不少成

功的经验，受到普遍肯定。近年研究表明，脊柱融合手术作

为治疗腰痛的主要方法，其并发症发生率高，临床结果并不

十分满意。摘除突出变性髓核后，用人工髓核（ＰＤＮ）植入来

代替并重建脊椎的稳定和力学特性，即保留运动节段的非融

合技术——ＰＤＮ技术是目前国内外研究的热点，显示良好

的应用前景。

１ＰＤＮ的设计

１９８８年Ｃｈａｒｌｅｓ研制ＰＤＮ原型，１９９０年定型，是现代人

工髓核的开端，十几年间，相关产品已达十余种，目前国内还

没有自主产权的产品。正常情况下髓核组织外观呈胶胨状，

有黏稠的蛋白多糖组成，疏松的纤维束嵌入其中，这些纤维

束排列成紧密的网状结构。髓核具有吸收水分的特性，通过

吸收水分改变内部张力。一种理想的ＰＤＮ假体应该是可以

恢复运动节段的功能，恢复节段的灵活性、稳定性。并且无

痛，同时可以允许椎间盘长期有效的工作，并且有灵敏性和

耐用性，通过进行ＰＤＮ的手术置换，来延缓退行性病变导致

的疼痛症状。髓核置换的目的是维持椎间盘高度，保留活动

性，维持椎间盘的运动功能，恢复正常髓核功能，减轻椎间盘

性腰痛。

首先着眼的设计是仿生假体，制作具有近似正常髓核的

黏弹特性材料。但理想的髓核要求有良好的组织相容性，巨

大的抗疲劳强度，又不会因为长久使用而破裂，承载时能将应

力均匀分布传递至纤维环和临近椎体，而且能吸收负荷能量，

维持脊椎节段正常的或接近正常的功能。目前ＰＤＮ分为限

制性和非限制性两种。限制性：预先用材料做成一定形状，髓

核为水凝胶，吸水膨胀难以控制，植入时纤维环破坏较大，不

是解剖匹配，假体脱落、磨损时有发生；非限制性：可注射性，

基金项目：国家８６３课题（２００６ＡＡ０２２４Ｄ４）。

作者简介：张强，男，医学博士，解放军３０６医院骨科副主任医师，主要从

事脊柱外科专业。现任《颈腰痛杂志》、＜山东医药＞、《中国矫形外科杂

志）等杂志编委，华裔骨科学会脊拄外科分会会员，中国康复医学会脊

柱外科分会常务委员，北京市朝阳区医学会医疗事故技术鉴定专家。

Ｅ．ｍａｉｌ：ｚｌＩａｎｇｑｍｅ＠ｓｉＭ．咖・述评・

创伤小，不损伤纤维环，容易植入，解剖适配性好，但椎间高度

维持差，理想的材料尚未开发出来。１９８１年Ｅｄｅｌａｎｄ提出

ＰＤＮ的３个原则：在生物力学和生物学上模拟生理髓核；具有

黏弹性、亲水性；ＰＤＮ应在椎问小关节发生退变前植入。

２水凝胶ＰＤＮ

目前国内常用的是德国Ｒａｙｍｅｄｉｃａ公司生产的ＰＤＮ假

体，其外套为聚乙烯纤维，核心为能吸水膨胀的半流动性水

凝胶（聚丙烯和聚丙烯酰胺共聚物），依大小和形状不同分６

型：矩形ＰＲ５２５、７２５、９２５三型，楔形ＰＷ５２５、７２５、９２５三型。

植入方法：微创球囊撑开注入原位聚合髓核，球囊撤出；生物

材料的选择：可注射，生物相容性好，无毒，无致癌，生物力学

和吸水性能良好。

Ｂａｏ和Ｈｉｇｈａｎ采用水凝胶材料制作ＰＤＮ。Ｙｕａｎ在动物

中应用，发现能恢复椎间高度，并具生物力学特性，使人体的

椎体终板不变形，减少下沉。这种假体称为ＡＨＤＮ，已由欧

洲厂家生产并已进入临床试用阶段。

欧洲Ｒａｙｍｅｄｉｅａ公司研发的ＰＤＮ假体由高分子聚乙烯

外盘和半流体水凝胶髓核构成，这种髓核由聚丙烯氰与聚丙

烯酰胺共聚物制成，现在欧洲一些国家中使用，世界范围内

采用ＰＤＮ的患者已超过数千例。这种髓核完全膨胀后可吸

收本身重量８０％的水分，故膨胀性抗张力强度良好。Ｎｏｒｔｏｎ

等按照正常人２０～５０ａ的使用寿限，把ＰＤＮ２００—８００Ｎ负

荷循环撞击５００万次，疲劳试验显示假体的机械性能和生物

力学特性稳定，在尸体标本上所进行的生物力学试验证明

ＰＤＮ不仅能恢复正常椎间高度，还能吸收负载能量，维持脊

椎的生物力学差别，表明髓核摘除后节段的脊柱活动度增

加，屈伸运动增加１１８％，侧弯增加１１２％，轴向旋转增加

１２１％，脊柱刚度减少１５０％；而ＰＤＮ植入以后脊柱活动度中

屈伸、侧弯和旋转分别减少１０２％、８８％和９０％；特别是旋转

切面上，置换后脊椎节段的强度比正常髓核的强度增加了

１０％，脊柱更趋稳定。在中性区，髓核切除后屈伸活动增加

２１０％，侧弯增加１７３％，轴向旋转增加１０７％；脊柱植入ＰＤＮ

后，脊柱活动度分别恢复屈伸１４６％、侧弯１４９％和旋转

４４％，故脊柱的旋转稳定增加，ＰＤＮ已在我国少数医院试用。

Ｋｌａｒａ等对退变性椎间盘病采用３２ＤＦ椎问盘髓核置换，对椎

间高度恢复和脊椎的活动范围接近正常，而１９９７～１９９８所

１万方数据

施行的置换术成功率较低，而且再手术翻修率为３８％，这种３２ＤＦＰＤＮ由水凝胶状核和聚乙烯套组成。

Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ对经皮髓核摘除后，将新鲜髓核或经冷藏的髓核重新植入椎间盘内，发现椎问盘包括纤维环、终板和髓核的退变延缓。Ｙｕａｎ在狒狒身上用特殊器械将水凝胶髓核假体通过纤维环上的／ｂ：ｆＬ植入，经动物实验和生物力学测试显示它可恢复正常椎问高度和牛物力学功能。由于假体由聚乙烯醇和水组成，含水萤高，故弹性模昔相对较低而易适于终板，可减少终板变形和继发下沉，此种髓核假体（ＡＨＤＮ）由Ｓｔｒｙｋ—ｅｒＨｏｗｍｅｄｉｃａＯｓｔｅｏｎｉｃｓ公司生产，它是最接近临床的水凝胶关节成形装置，目前正在欧洲进行临床试用。

Ｎｅｕｄｉｓｃ…ＰＤＮ假体，为水凝胶性，吸水迅速增大增宽，填充髓核内的空腔，恢复椎问盘高度，早期临床试验假体是稳定的，可改善ＩＩ｛｝ｉ床症状。微创通过纤维环ｌ：６ｍｍ小切口置入，能在腔镜下微创完成手术。后路使用６ｍｍ内径和７ｍｍ外径套管进行椎问盘髓核切除，经椎管人路可以通过单侧或双侧纤维环开窗完成。

Ｂｉｏｄｉｓｃ。”髓核水凝胶含水性模拟了椎间盘负重时的流体力学以及负重后的载荷分布，是在椎间盘切除术的同时原位进行蛋白水凝胶的聚合反应，ＢｉｏｄｉｓｃＴＭ髓核通过填充椎间盘髓核摘除术后的空隙，修复纤维环来治疗腰椎间盘突出症，可避免或减少术后不稳和下腰痛的发生率。Ｂｉｏｄｉｓｃ“髓核由两部分组成，包括牛血清蛋白溶液（ＢＳＡ）和戊二醛溶液，比例为４：１，两种溶液在注射接头内发生交联聚合反应，产生一种富有弹性、柔切的水凝胶内植物并和患者组织相结合。聚合反应在混合后立即发生并持续２０～３０ｓ，Ｂｉｏｄｉｓｃ“髓核在２ｍｉｎ内获得最大强度，仍在Ｉ临床试用阶段。

３注射型ＰＤＮ

注射型生物学材料可完全填充椎间盘，根据所使用材料不同，液体Ⅱ丁以在不规则缺损区内流动，还可对邻近组织进行连接，可以和细胞或细胞因子联合应用，增强修复作用，延缓髓核退变。这些生物材料是以黏性流体形态注入，通过热敏交联，酸碱度交联，光聚作用，或加入凝固剂使之成为一种凝胶样物质。早在１９６２年，Ｎａｃｈｅｍｓｏｎ就提出使用普通注射器注射硫化硅酮到退变的椎间盘内，随后，Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ和Ｏｙｅｎ研究了硅酮弹性体在椎间盘的应用。此后不同的町注射材料发展起来，其中包括：交联丝、弹力蛋白聚合酶、聚氨酯填充气球、聚乙二醇胶原、壳聚糖、各种注射型合成聚合物、重组生物弹性材料、光固化聚乙二醇高分子材料和其他多组分聚合物材料。目前还有很多学者从事其他椎间盘可注射材料的研究，这些材料就包括重组蛋白共聚物ＮｕＣｏｒｅ“注射型髓核，它有来源于丝纤蛋白和弹性结构蛋白的氨基酸序列所组成。这种髓核是由Ｃａｐｐｅｌｌｏ及其助手完成的，将有望彻底改变对腰痛的治疗方法。

ＮｕＣｏｒｅ。”注射型髓核与人类髓核非常接近，尽量模仿人类髓核的蛋白含量、水含量、ｐＨ值以及复合度，使用时混合非常低浓度的二异氰酸盐为基础的交联剂，在其变成黏性凝胶状前，有大约９０ｓ操作时间将它注入椎间盘，材料在形成交联后３０ｍｉｎ来达到最终机械强度，但５ｍｉｎ后他就已经充２

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分凝胶化，可以结束手术，材料科学试验和临床试验结果表明ＮｕＣｏｒｅ。”注射型髓核可以防止椎问盘髓核摘除术后引发的失稳，恢复脊柱的功能和稳定性。瑞士的一项临床应用报道表明ＮｕＣｏｒｅ。”注射性髓核应用效果值得肯定。

ＡｄｖａｎｃｅｄＢｉｏｓｕｒｆａｃｅ公司研制一种可在术中塑形的聚氨甲基酸乙酯聚合体、传递气囊、导管中聚合体注射枪，填入聚合体时气囊会撑开椎间隙。并具可控性，测试证明不仅符合力学特性，还达到生理特性的人工髓核要求，但现在尚未进入临床应用。

４ＴｒａｎＳｌ经皮髓核置换（ＰＮＲ…）

ＰＮＲ。”由两个带螺纹的肽椎体锚钉和连接它们的柱状硅胶膜组成，借助经Ｓ．入路和椎问盘摘除器械，在保留终板的情况下摘除髓核．然后将其安在不锈钢和钛制的传送装置上。传送装置由导管导入，锥头端有孔，允许液态硅胶注入间盘内的硅胶膜中，这种硅胶可以原位成型，硅胶膜可以扩张，这种原位成型的硅胶有两种单独的初始聚合物和催化它们原位交联成弹性硅胶的催化剂组成。这些材料具有低黏滞性，注人椎问盘可扩张在硅胶膜内，充填髓核摘除术后的间隙。混合后交联形成弹性硅胶在体温下大约需要５ｍｉｎ，生成的材料是一种屁影且低硬度的橡胶，具有很高的机械特性（抗拉强度，延展度、抗撕裂强度）和出色的抗压和永久变形能力。

５硅橡胶ＰＤＮ

硅橡胶人工髓核如设计高度小于２ｍｍ，假体可出现脱落、磨损等问题。国内学者采用硅橡胶制作成中厚边扁的圆盘状髓核，为７例患者进行了ＰＤＮ置换，取得短期（２ａ）随访，症状缓解，ＰＤＮ无移位等并发症，但是椎问高度丢失显著。徐印坎等的２０例硅胶椎间盘髓核置换，经２—７ａ的随访，除１例假体移位外，其余１９例术后症状明屁缓解或消除，且椎问高度仍获满意维持，但磨损、折迭、破裂等并发症仍有潜在发生可能。由此证明即使髓核摘除，若早期植入人Ｔ髓核充填，确可延缓椎问盘的退变。

６适应证和禁忌证

ＰＤＮ是机械性稳定装置发挥作用的，借以替代病理性或功能丧失的髓核，以恢复椎间高度和节段稳定性，防止或遏制椎问盘、小关节的加剧退变，避免由此并发的脊柱失稳、滑脱和顽固性疼痛，故进行ＰＤＮ的置换必须有严格的指征。当前公认的适应证为：①年满１８岁以上，而上限认为６０—６５岁以下；②ＩＪ２一Ｓ。单节段椎问盘退变性病变，以椎间盘源性腰腿痛为主要症状；③经认真保守治疗６个月以上不能缓解，影像学证实与椎间盘源性异常的症状与体征的一致性为依据。公认的禁忌证为：①严重症状的中央型椎管狭窄、椎问孔或侧隐窝狭窄；②真性或假性腰椎滑脱超过１度，或峡部不连；③关节突关节退变或骨折；④严重骨质疏松症、骨软化；⑤纤维环不完整；⑥多节段脊椎退行性病变；⑦手术部位或邻近椎管有良性或恶性肿瘤；⑧手术部位的全身性抑局灶性感染；⑨术区椎体骨折或创伤引起的神经功能丧失；⑩先天性脊柱或脊髓畸形及体质量指数大于３０，或病变于ＩＪ５、ｓ。，而体质量超过９０ｋｇ。作为术者面对手术患者，必须清楚

万方数据